Проектирование систем водяного охлаждения

Содержание

1. Задание на курсовой проект……………………………………………...…………………......1
2. Введение………...…………………………………………………………………………...…..2
3. Разработка функциональной схемы системы охлаждения ДУ……………………………….3
4. Задание на курсовой проект……………………………………………...……………………..4
5. Определение основных параметров элементов системы………………...……………………5
6. Определение количества теплоты, отводимого водой…………………………………….….6
7. Определение расхода охлаждающей воды через потребители………………………………6
8. Определение площади теплопередающей поверхности ТА………………………………….7
9. Определение размеров МКО……………………………………………………………………8
10. Трассировка элементов………………………………………………………………………….9
11. Расчёт гидравлического сопротивления сети………………………………………………...11
12. Построение характеристики сети……………………………………………………………...17
13. Выбор насоса…………………………………………………………………..………………..18
14. Расчёт трубопровода на прочность……………………………………………………………18
15. Расчет охладителя воды………………………………………………………………………..19
16. Список литературы……………………………………………………………………………..24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Система водяного охлаждения (СВО) судовой дизельной установки (СДУ) осуществляет отвод тепла от ряда нагретых деталей двигателя, обеспечивая их требуемый температурный уровень  Эта система также обеспечивает отвод тепла от ряда оборудования других систем СЭУ( компрессоры, маслоохладители)

Рабочими средами систем охлаждения бывают: пресная и забортная вода, масло, топливо и воздух. Вода ,по сравнению с другими охлаждающими средами, имеет наибольшую теплоемкость , однако в воде содержатся растворимые соли и различные примеси , которые при нагревании выпадают в осадок. Особенно много солей и примесей находится в морской воде. Подогрев ее в теплообменных аппаратах выше 45противопоказано

Проектирование СВО как  составной и неотъемлемой части  СЭУ  производится одновременно с  проектированием всей энергетической установки и проходит ряд традиционных этапов. Наиболее трудоемкие работы на этапах эскизного и технического проектирования судна. На этапе эскизного  проектирования происходит уточнение  функциональной схемы системы и  определение основных характеристик  комплектующего оборудования с целью  сведения материального и энергетического  баланса СЭУ.

Требования к точности проектирования систем энергетической установки на стадии технического проектирования судна значительно выше, поскольку  основной целью на этом этапе является разработка ведомости заказной документации на комплектующее оборудование СЭУ с учетом стандартизации оборудования  и принимаемых технических  решений. При этом параметры заказываемого оборудования должны выбираться с рациональным запасом, т.е. запас не должен быть мал, чтобы обеспечить надежную работу СВО на всех режимах без неоправданного завышения массы, снижения КПД оборудования, системы и установки в целом. В связи с возрастанием требовании к точности проектирования на этой стадии после трассировки оборудования по результатам расположения энергетического оборудования на судне выполняются подробные гидравлические, прочностные итепловые расчеты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Разработка функциональной схемы системы охлаждения ДУ

Основной задачей системы  охлаждения является обеспечение всех объектов охлаждения водой. Количество воды и ее температура на входе  в каждый потребитель должны соответствовать  рекомендациям завода-изготовителя и ТУ на любом режиме при всех возможных условиях эксплуатации. Качество воды при этом должно удовлетворять  нормам. С целью обеспечения высокого ресурса двигателя и другого  оборудования для их охлаждения рекомендуются  использовать пресную воду, которая, в свою очередь, охлаждается забортной  водой. Когда необходимо получить более  низкую температуру охлаждения, например, в охладителе наддувочноговоздуха, используют для охлаждения забортную воду. Основными потребителями охлаждающей воды в дизельной установки являются ГД и ДГ. Контуры охлаждения ГД, ДГ и другого оборудования внутри всей системы охлаждения  могут быть автономными или объединенными.

Во многих случаях ГД и  ДГ работают вместе в течение длительного  времени, поэтому, как правило , контуры  охлаждения пресной воды главных  и вспомогательных двигателей объединяют в один. При этом остальное оборудование охлаждается забортной водой. Такие  системы называютобщими системами  охлаждения(ОСО). Они обладают достаточно высокой надежностью и позволяют  использовать теплоту охлаждающей воды ДГ для прогрева при подготовке пуска.

При компоновке схем системы  охлаждения необходимо учитывать следующие  требования:

1. Жевучесть системы обеспечивается резервированием оборудования систем забортной пресной воды, фильтров в случае, если не используются сдвоенные, а также теплообменных аппаратов, если теплопередающая поверхность превышает 200 м
2. Насосы должны иметь достаточный кавитационный  запас энергии на входе.
3. Контур пресной воды должен иметь компенсирующий объем.
4. Каждая единица оборудования системы, а также каждое ответвление трубопровода должны иметь запорную арматуру.
5. Регулирование температуры пресной воды в системе должно осуществляться автоматически путем перепуска части пресной воды мимо теплообменников.
6. Необходимо предусмотреть контрольно-измерительную аппаратуру для осуществления контроля за работой системы, а также диагностирования ГД и другого оборудования.

В систему пресной воды ДВС преимущественно входят центробежные насосы пресной воды, водо-водяной  охладитель, расширительная цистерна и цистерна присадок, а также автоматическая и запорная арматура.

При проектировании систем охлаждения гражданских судов необходимо учитывать  требования регистра судоходства РФ. В каждом машинном отделении должно быть предусмотрено не менее двух кингстонов заборной воды. Один из них , как правило, размещают в двойном дне, другой –у борта. На судах ледового плавания прием заборной воды в систему осуществляется через ледовые ящики. В настоящее время на судах предусматривают кингстонно-распределительный канал.

За кингстоном устанавливают  фильтры грубой очистки, очистка  которых должна производиться без  прекращения работы насосов забортной воды. Для того чтобы нагретая вода не попала в приемные отверстия системы, отливные и приемные отверстия разносят по длине судна, располагая приемные отверстия в нос от отливных.

Насосы систем охлаждения ДВС должны иметь резерв. Допускается  исползовать в качестве резервного насоса системы охлаждения главной  машины стояночные насосы вспомогательных  установок, не задействованные при  ходовом режиме.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Определение основных параметров элементов системы

Рис. 1. Функциональная схема системы охлаждения забортной водой.

 

2.1. Определение количества теплоты, отводимого водой

 

1) Общее количество теплоты, затраченное на работу ДВС

для главного двигателя:

 

2) для дизель-генератора:

 

где Ne –мощность ДВС, кВт,

be–удельный расход топлива, кг/(кВт*ч)

- низшая теплота сгорания  топлива, кДж/кг

 

3) Теплота, отводимая с пресной водой

для главного двигателя:

 

4) для дизель-генератора:

 

где –коэффициент относительногоотвода тепла водой при охлаждении цилиндров и крышек цилиндров

Принимаем:

 

5) Теплота, отводимая маслом:

для главного двигателя:

 

6) для дизель-генератора:

 

где – относительная потеря теплоты с  маслом при охлаждении подшибников

 

6) Теплота, отводимая от наддувочного воздуха:

кВт , где

– расход воздуха

α =2– суммарный коэффициент избытка воздуха,

с_p=1–теплоёмкость воздуха, кДж/(кг*К)

 

 

 

2.2. Определение расхода охлаждающей воды через потребители

1) Расход воды на охлаждение ГД:

 

2) Расход воды на охлаждение ДГ:

 

 

где ρ_пв= 992.9 кг/– плотность пресной воды, принятая по средней температуре воды.

3) Расход ЗВ через охладитель ПВ

для главного двигателя:

 

4) для дизель-генератора

 

 

где ρ_зв=1020 кг/– плотность забортной воды,

с_зв=3.92– теплоёмкость забортной воды,

Δt_пв= 8– разность температур забортной воды на входе и выходе из охладителя.

 

2.2.3. Определение площади  теплопередающей поверхности ТА.

1) Площадь поверхности водоохладителя

для ГД

, где

°C

 

где она имеет наибольшее значение

 

 

2) для дизель-генератора

 

 

°C

 

Площадь поверхности воздухоохладителя

для ГД

м² , где  °C

3) Площадь поверхности маслоохладителя

для ГД

= 191 , где

°C

4) для дизель-генератора

,где

°

 

3. Определение размеров МКО

1) Длина МКО (дизель- редукторная установка с кормовым МКО)

м

 

2) Площадь МКО

 

 

 

3) Объем МКО

 

 

4) Ширина МКО

 

 

5) Высота МКО

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Трассировка элементов

Координаты основного  оборудования системы                                               М1:100

 

                                                                                               Координаты, м

 

№          Наименование оборудования           От носовой                 От ДП               От основной

                                                                            переборки                                                 линии

                                                                               Ось X                     Ось Z                     Ось Y

 

   1     Клинкет  донного кингстонного                 1,2                           2,8                           0,8

          ящика      

   2     Насос забортной воды №1                          1,7                           -2                            3

   3     Насос  забортной воды №2                          1,7                           -2,4                         3

   4     Охладитель  воздуха ГД                               3,7                          -0,8                          6

   5     Маслоохладитель  ГД                                   4,3                          -1,5                          3

   6     Охладитель  пресной воды ГД                     2,9                          -1,5                          3   

   7     Отливной  ящик                                             4,2                         -2,7                           3   

   8     Охладитель  пресной воды ВГД№1             9                             3,8                           3

   9     Маслоохладитель  ВГД№1                           6                             3,8                           3

  10    Охладитель  пресной воды ВГД№2             9                            -3,8                          3

  11    Маслоохладитель  ВГД№2                           6                            -3,8                           3

  12    Отливной ящик ВДГ                                    10                           3,8                            0,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Таблица 1. Расчёт гидравлического сопротивления сети.

№ п/п	Наим.	Об.		Разм.	Расчётная формула	Номер участка сети
						1-2	2-3		3а4		3б4		4-5		5-6		6а7		6-7		6б7		7-8
1	2	3		4	5	6	7		8		9		10		11		12		13		14		15
1	Предв. скорость потока	W1		м/с	Принимаем 1,2…2,5	1,8	1,8		1,8		1,8		1,8		1,8		1,8		1,8		1,8		1,8
2	Материал труб					Ст 10	Ст 10		Ст 10		Ст 10		Ст 10		Ст 10		Ст 10		Ст 10		Ст 10		Ст 10
3	Объёмный расход воды	G		м³/с		0,067	0,053		0,027		0,029		0,053		0,007		0,003		0,003		0,006		0,006
4	Условный диаметр	Dy		мм		218	192		138		143		197		68		40		40		65		65
5	Наружный диаметр	Dн		мм	ГОСТ8732-78	219	194		133		140		194		68		68		68		68		68
6	Внутренний диаметр	d		мм	d= Dн -2δ	207	184		125		131		184		62		65		62		62		62
7	Толщина стенки трубы	δ		мм		3,42	3,37		3,26		3,27		3,37		3,13		3,13		3,13		3,13		3,13
8	Максимальное давление	P		МПа	принимаем	0,5	0,5		0,5		0,5		0,5		0,5		0,5		0,5		0,5		0,5
№ п/п	Наим.	Об.		Разм.	Расчётная формула	Номер участка сети
						1-2		2-a-3		3-4		4-5		5-с-6		5-b-6		6-7		4-8		8-9		9-10
1	2	3		4	5	6		7		8		9		10		11		12		13		14		15
9	Коэффициент ослабления материала для  сварных труб	φ			принимаем	1		1		1		1		1		1		1		1		1		1
10	Допускаемое напряжение материала на разрыв	[σ]		МПа	Для Ст 10 при температуре ниже 200°С [σ]=116МПа	116		116		116		116		116		116		116		116		116		116
11	Прибавка на утонение труб при гибке	b		мм		0,075		0,067		0,046		0,048		0,067		0,023		0,023		0,023		0,023		0,023
12	Радиус погиба	R		мм	R=2,5DН1	547,5		485		332,5		350		485		170		170		170		170		170
13	Прибавка, учитывающая коррозию	с		мм	принимаем	3		3		3		3		3		3		3		3		3		3
14	Уточнённая толщина стенки труб		мм		ГОСТ7832-78	3,5		3,5		3,5		3,5		3,5		3,2		3,2		3,2		3,2		3,2
15	Действительная скорость потока	Wв	м/с			2		2		2,2		2,2		2		2,3		2,3		2,3		2,3		2,3